KR102525677B1 - 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외장재; 상기 외장재 내부에 수납되고, 복수의 전극판 및 상기 복수의 전극판 사이에 배치되는 분리막을 포함한 젤리롤; 및 상기 젤리롤 양측에 배치된 열전도판을 포함함으로써, 내부 단락시 발생되는 고열을 신속하게 분산시켜 온도의 상승을 낮춘 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

Description

리튬 이차 전지{LITHIUM SECONDARY BATTERY}
본 발명은 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 컴팩트(Compact)하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있고, 이러한 전기/저장장치는 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동할 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다.
또한, 하이브리드 자동차(HV, Hybrid Vehicles), 전기 자동차(EV, Electric Vehicles) 등의 모터를 이용하는 자동차가 개발 및 생산되고 있고, 이러한 자동차에도 모터를 구동시킬 수 있는 전지 팩을 내장하고 있다. 상술한 전지 팩은 일정시간 동안 전기/저장장치 또는 자동차를 구동시키기 위해서 소정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
경제적 측면을 고려하여, 최근 전지 팩은 충전/방전이 가능한 이차 전지를 채용하고 있다. 이차 전지 중에서 리튬 이차 전지는 현존하는 이차 전지 중 단위 전지 전압(3.0 내지 3.7V)이 가장 높으며 에너지 밀도가 높고, 메모리 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연 방전이 일어나는 정도가 작고, 매우 가벼워 노트북, 카메라, 핸드폰 등 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다. 이 외에도 에너지 밀도가 높은 특성을 이용하여 방위산업이나 자동화 시스템, 그리고 자동차, 항공 산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이다.
한편, 전지의 사용이 증가할수록 그 안전성에 대한 요구도 커지고 있는데, 예를 들어 외부로부터의 충격으로 변형되거나 예리한 물체로 인해 전지팩이 관통되는 경우가 문제될 수 있다. 특히 전기 자동차와 같은 경우 사고 등의 상황이 발생하면 전지팩이 관통될 가능성이 커진다.
이렇게 전지팩이 관통되는 경우에 충전상태의 음극과 양극이 물리적으로 맞닿아 관통된 주변으로 순간적으로 고전류가 흐르게 되면 전지팩의 비정상적인 발열 및 열폭주 현상이 발생할 수 있다. 즉, 유기 전해액은 전지의 연소반응의 연료로 작용하여 연소반응이 자발적으로 진행되고 연소열이 셀 내부에 축적되어 온도가 계속적으로 상승하여 연쇄적인 열분해 반응을 유도하게 된다. 이에 따라 전지팩이 장착된 기기 또는 장치의 발화 또는 폭발을 초래할 수 있다.
특히, 전기 자동차와 같은 수송 장치에 있어서 관통 안전성은 수송 장치를 이용하는 인명과 직결되는 문제이므로 관통 안전성이 담보되지 않은 경우, 리튬 이차 전지의 수송 장치로의 적용이 제한적일 수밖에 없으며, 자동차와 같이 대용량 전원공급을 요구하는 분야에서는 전지의 안전성이 더욱 더 중요한 요소로 부각되고 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2013-0042920호는 발포제를 포함하는 파우치를 1이상 구비한 이차전지를 개시하고 있으나 전술한 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.
한국공개특허 제2013-0042920호
본 발명은 관통 등에 의한 내부 단락시 발생되는 고열을 신속하게 분산시킴으로써, 온도의 상승을 낮춰 안전성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 외장재;
외장재;
상기 외장재 내부에 수납되고, 복수의 전극판 및 상기 복수의 전극판 사이에 배치되는 분리막을 포함한 젤리롤; 및
상기 젤리롤 양측에 배치되어 상기 외장재 내부에 함께 수납되는 열전도판을 포함하는, 리튬 이차 전지.
2. 위 1에 있어서, 상기 젤리롤의 열전도판과 접촉하는 부분에는 분리막이 배치되는, 리튬 이차 전지.
3. 위 1에 있어서, 열전도판은 전기전도성을 갖는, 리튬 이차 전지.
4. 위 1에 있어서, 열전도판은 금속을 포함하는, 리튬 이차 전지.
5. 위 1에 있어서, 상기 열전도판의 두께는 1 내지 20㎛인, 리튬 이차 전지.
6. 위 1에 있어서, 상기 열전도판은 복수의 관통홀을 포함하는, 리튬 이차 전지.
7. 위 1에 있어서, 상기 열전도판은 복수의 단위 판의 적층체인, 리튬 이차 전지.
본 발명의 리튬 이차 전지는 관통 등에 의한 내부 단락시 발생되는 고열을 신속하게 분산시킴으로써, 온도의 상승을 낮춰 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지는 열전도판이 전기전도성도 갖는 경우에는 관통 등에 의한 내부 단락시 단락 전류의 경로를 제공하여 전지 내 온도 상승을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외장재; 상기 외장재 내부에 수납되고, 복수의 전극판 및 상기 복수의 전극판 사이에 배치되는 분리막을 포함한 젤리롤; 및 상기 젤리롤 양측에 배치된 열전도판을 포함함으로써, 내부 단락시 발생되는 고열을 신속하게 분산시켜 온도의 상승을 낮춘 안전성이 향상된 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 리튬 이차 전지(10)의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예로서 외장재(100) 내에 수납된 젤리롤(200) 및 상기 젤리롤(200) 양측에 배치되어 외장재(100)에 함께 수납된 열전도판(300)을 포함하는 리튬 이차 전지가 개략적으로 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(10)는 젤리롤(200) 양측에 배치된 열전도판(300)을 포함함으로써, 관통 등에 의한 내부 단락시 발생되는 고열을 열전도판(300)을 통해 신속하게 분산시킴으로써 온도의 상승을 낮춰 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 젤리롤(200) 양측에 열전도판(300)이 배치됨으로써, 젤리롤의 외곽부를 관통하는 상대적으로 경미한 관통 상황에서도 안전성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 열전도판(300)은 열전도성을 가진 소재로 제조된 것이라면 특별히 제한되지 않는며, 바람직하게는 열전도성이 우수한 소재를 포함하여 제조될 수 있다. 이러한 소재로 예를 들면, 금속, 열전도성 세라믹, 열전도성 탄소계 물질, 열전도성 고분자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예로서 열전도판(300)은 바람직하게는 전기전도성을 더 가질 수 있다. 열전도판(300)이 전기전도성을 갖는 경우에는 열전도의 매질 외에도 관통 등에 의한 내부 단락시 단락 전류의 경로를 제공하여 전지 내 온도 상승을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 이러한 측면에서 열전도판(300)의 소재는 바람직하게는 금속일 수 있고, 바람직한 예로는 구리, 알루미늄 등일 수 있다.
열전도판(300)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 1 내지 20㎛일 수 있다. 두께가 상기 범위 내인 경우 에너지밀도의 큰 저하없이 열전도성을 확보하여 내부 단락시 발생되는 고열을 신속하게 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 열전도판(300)은 복수의 관통홀을 포함할 수 있다. 관통홀은 리튬 이차 전지 내에 전해액이 주입될 때, 전해액을 담지하는 역할을 한다. 즉, 젤리롤(200) 내에 전해액이 함침되는 것 외에도 열전도판(300)의 관통홀이 전해액을 담지하고 있을 수 있다. 구체적으로, 전해액이 주입될 때 열전도판(300)이 점유하고 있는 영역에도 전해액이 주입될 수 있도록 함으로써, 전해액 주입이 완료된 때에는 열전도판(300)의 관통홀에 전해액이 담지된 상태로 될 수 있다. 이러한 열전도판(300)에 의한 전해액의 담지는, 결국 리튬 이차 전지 내의 전해액 주액량을 증가시키게 되며, 이로써, 리튬 이차 전지의 장기 신뢰성을 더 향상시킬 수 있다.
열전도판(300)에 형성되는 관통홀은 원형 또는 다각 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 열전도판(300)은 단일층으로 사용될 수도 있으며, 필요한 경우 복수의 단위 판의 적층체로도 사용될 수 있다. 적층체인 경우에는 예를 들면 1 내지 5장을 적층할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤(200)은 단위 양극판(201)과 단위 음극판(202)이 분리막(203)을 사이에 두고 교대로 배치된 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 외장재(100) 내에 젤리롤(200)이 수납되고, 젤리롤 양측에 열전도판(300)이 배치되는데, 전극판(201, 202)과 열전도판(300)의 직접적인 접촉을 방지하기 위해, 젤리롤(200)의 열전도판(300)과 접촉하는 부분에는 분리막(203)이 배치될 수 있다. 더 상세하게는 상기 젤리롤(200)은 최외측 전극과 열전도판(300) 사이에 분리막(203)이 개재되는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 젤리롤의 최외측 전극은 동일할 수 있다. 상기 최외측 전극은 양극판(201) 및 음극판(202)일 수 있으나, 바람직하게는 음극판(202)일 수 있다.
본 발명에 따른 양극판(201)과 음극판(202)은 각각 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 코팅되어 형성된 것이다. 양극 활물질층 및 음극 활물질층의 각 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
음극 활물질로는 특별히 한정되지 않고 음극 활물질로 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질로는 특별히 한정되지 않고 양극 활물질로 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 코발트, 망간, 니켈에서 선택되는 최소한 1종 및 리튬의 복합산화물 중 1종 이상의 것이 바람직하고, 그 대표적인 예로는 하기에 기재된 리튬 함유 화합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
LixMn1-yMyA2 (1)
LixMn1-yMyO2-zXz (2)
LixMn2O4-zXz (3)
LixMn2-yMyM'zA4 (4)
LixCo1-yMyA2 (5)
LixCo1-yMyO2-zXz (6)
LixNi1-yMyA2 (7)
LixNi1-yMyO2-zXz (8)
LixNi1-yCoyO2-zXz (9)
LixNi1-y-zCoyMzAα (10)
LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα (11)
LixNi1-y-zMnyMzAα (12)
LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα (13)
식 중에서, 0.9≤x≤1.1, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.5, 0≤α≤2이고, M과 M'은 동일하거나 서로 다르며, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B, As, Zr, Mn, Cr, Fe, Sr, V 및 희토류 원소로 이루어진 군에서 선택되며, A는 O, F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되고, X는 F, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된다.
양극활물질층 및 음극활물질층에는 활물질 외에도 필요에 따라 당분야에 공지된 바인더, 도전재, 분산재 등을 더 포함할 수 있다. 상기 성분들을 용매와 함께 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 집전체는 전도성이 높고 상기 양극 또는 음극 활물질의 합제가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로서, 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
음극 집전체로는 구리 또는 구리 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다.
양극 집전체로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않고, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등이 사용될 수도 있다.
또한, 집전체의 형태는 특별히 한정되지 않고 통상적으로 사용되는 형태를 사용할 수 있다. 예를 들면, 평면상의 집전체, 중공형의 집전체, 와이어형 집전체, 권취된 와이어형 집전체, 귄취된 시트형 집전체, 메쉬형 집전체 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 분리막(203)은 양극판(201)과 음극판(202)을 절연시키기 위하여, 양극판(201)과 음극판(202) 사이에 개재된다, 상기 분리막(203)의 소재는 절연 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 양극판(201)과 음극판(202) 사이에 이온이 이동할 수 있도록 다공성 막으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 분리막(203)의 구체적인 예를 들면, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 구체적으로 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다.
분리막(203)은 그 적어도 일면에 무기물 코팅층을 더 포함할 수도 있다. 무기입자 코팅층을 구비함으로써 분리막 및 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
무기입자 코팅층은 무기물과 바인더로 형성될 수 있으며, 무기입자의 종류는 무기입자로서의 상기 목적을 달성하는 것이면 제한없이 이용가능할 수 있으며, 예를 들면 알루미나(Alumina), 수산화알루미늄(AluminumHydroxide), 실리카(Silica), 산화바륨(Barium Oxide), 산화티탄(Titanium Oxide), 산화마그네슘(Magnesium Oxide), 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide), 점토(Clay), 유리분말(Glass powder), 베마이트(Boehmite) 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나이상을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 무기입자를 알루미나(Alumina)를 사용할 경우 강성이 우수하며 덴드라이트 및 이물질에 의한 단락현상을 차단하는데 효과적이다.
전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 필름일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 젤리롤(200) 적층체 및 열전도판(300)은 전지 외장재(100)에 비수 전해액과 함께 수납되어 리튬 이차 전지로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외장재(100)로는 당분야에 공지된 소재가 특별한 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들면, 캔, 파우치 등일 수 있다.
파우치의 경우를 예로 설명하면, 파우치는, 예를 들어 가요성의 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 열접착층, 금속층, 및 고분자 수지층을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예
<양극판>
양극활물질은 LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2을 사용하고, 도전재로 카본블랙, 바인더로 폴리비닐리덴 플로라이드 (PVDF)를 사용하고 92 : 5 : 3의 각각의 질량비 조성으로 양극 슬러리를 제조한 후, 이를 알루미늄 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 양극판을 제조하였다.
<음극판>
음극 활물질로 천연 흑연 92 wt%, 스티렌부타디엔러버+카르복시메틸셀룰로오스 (SBR+CMC)계 바인더 3 wt%, 흑연계 비정질 도전재 5 wt%를 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 이를 구리 기재 위에 코팅, 건조, 프레스를 실시하여 음극판을 제조하였다.
실시예
상기 제조예에서 제조된 단위 음극판과 단위 양극판을 폴리에틸렌 분리막을 사이에 두고 교대로 적층하되 최외측 전극이 음극판이 배치되도록 하여 젤리롤을 제조하였다. 이후 젤리롤 사이에 12㎛의 두께를 갖는 열전도판을 4장 겹쳐서 개재하였으며, 젤리롤의 열전도판과 접촉하는 부분은 분리막이 오도록 하였다.
열전도판이 포함된 젤리롤을 파우치 내부에 수납하고 전해액을 주입하고 밀봉하여 리튬 이차 전지를 제조하였다.
이때 전해액은 에틸렌카보네이트/에틸메틸카보네이트/디에틸카보네이트 (EC/EMC/DEC, 25/45/30; 부피비)의 혼합 용매로 1M LiPF6 용액을 제조한 후, 비닐렌 카보네이트(VC) 1wt%, 1,3-프로펜설톤(PRS) 0.5wt% 및 리튬 비스(옥살레이토)보레이트(LiBOB) 0.5wt%를 첨가한 것을 사용하였다.
비교예 1
열전도판을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.
실험예: 관통 안정성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 리튬 이차 전지의 관통 안정성을 평가하기 위해, 각 실시예 및 비교예에서 각 9개의 샘플을 준비하고 충전심도 (SOC)에 따라 지름 5mm의 스테인리스 못으로 못 관통 시험을 수행하였다. 하기의 평가 기준에 따라 평가하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
<평가 기준, EUCAR Hazard Level>
L1: 배터리 성능에 이상 없음
L2: 배터리의 성능에 비가역적 손상이 발생함
L3: 배터리의 전해액의 무게가 50% 미만 감소함
L4: 배터리의 전해액의 무게가 50% 이상 감소함
L5: 발화 또는 폭발이 발생함
충전심도 (SOC, State of Charge) 못 관통 시험 결과 (EUCAR Hazard Level)
실시예 비교예
60% 3L4 3L5
50% 3L4 3L5
40% 3L4 3L4
4L4: 4개의 샘플이 L4라는 의미 (EUCAR Hazard Level 앞의 숫자가 평가한 샘플의 개수)
표 1을 참고하면, 실시예들의 전지가 못 관통 시험 결과 관통 안정성이 우수함을 확인할 수 있었다.
10: 리튬 이차 전지 100: 외장재
200: 젤리롤 201: 양극판
202: 음극판 203: 분리막
300: 열전도판

Claims (9)

  1. 외장재;
    상기 외장재 내부에 수납되고, 복수의 전극판 및 상기 복수의 전극판 사이에 배치되는 분리막을 포함하는 젤리롤; 및
    상기 젤리롤 양측 상에 배치되어 상기 외장재 내부에 수납되는 열전도판을 포함하고,
    상기 열전도판은 금속 판으로 구성되고, 복수의 관통홀을 포함하며,
    상기 열전도판 및 상기 복수의 전극판은 접촉하지 않고, 전기적으로 연결되어 있지 않은, 리튬 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 젤리롤 및 상기 열전도판은 접촉하고, 상기 젤리롤의 상기 열전도판과 접촉하는 부분에도 분리막이 배치되는, 리튬 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열전도판은 전기 전도성을 갖는, 리튬 이차 전지.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 열전도판의 두께는 1 내지 20㎛인, 리튬 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 열전도판은 복수의 단위 판의 적층체인, 리튬 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 열전도판 및 상기 복수의 전극판 중 최외측 전극판 사이에도 분리막이 배치되는, 리튬 이차 전지.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 젤리롤은 분리막이 지그재그 형태로 접혀서 형성한 공간에 전극판이 삽입되어 있는 구조를 갖는, 리튬 이차 전지.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018217261A2 (en) * 2017-02-27 2018-11-29 Stealth Air Corp Systems and methods for disabling an unmanned aerial vehicle
KR102630853B1 (ko) * 2017-08-29 2024-01-30 주식회사 엘지에너지솔루션 열전달 부재를 포함하는 파우치형 이차전지

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036067B1 (ko) * 2009-11-27 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 안전부재가 구비된 파우치형 리튬 이차전지
JP2012104341A (ja) * 2010-11-09 2012-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池セル

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1193442C (zh) * 1999-12-17 2005-03-16 大日本印刷株式会社 聚合物电池用包装材料及其制造方法
KR100412093B1 (ko) * 2001-10-16 2003-12-24 삼성에스디아이 주식회사 2차 전지의 전극 젤리 롤
KR100876268B1 (ko) * 2007-10-09 2008-12-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR101040875B1 (ko) * 2009-12-31 2011-06-16 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
CN101764252A (zh) * 2010-01-26 2010-06-30 惠州市赛能电池有限公司 一种层叠式锂离子电池
US9887404B2 (en) * 2011-05-25 2018-02-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
KR101488058B1 (ko) 2011-10-19 2015-01-30 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지
KR101381706B1 (ko) * 2011-10-31 2014-04-14 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지용 파우치 셀의 젤리 롤
CN103904354B (zh) * 2012-12-25 2016-12-28 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101036067B1 (ko) * 2009-11-27 2011-05-19 삼성에스디아이 주식회사 안전부재가 구비된 파우치형 리튬 이차전지
JP2012104341A (ja) * 2010-11-09 2012-05-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池セル

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